Histonai

Histonai yra ląstelės branduolių dalis. Jų buvimas yra skiriamasis bruožas tarp vienaląsčių organizmų (bakterijų) ir daugialąsčių organizmų (žmonių, gyvūnų ar augalų). Labai nedaug bakterijų padermių turi baltymus, panašius į histonus. Evoliucija pagamino histonus tam, kad geriau ir efektyviau aukštesnių gyvųjų ląstelių ląstelėse galėtų įsitvirtinti labai ilgoje DNR grandinėje, dar vadinamoje genetine medžiaga. Nes jei žmogaus genomas būtų išvyniotas, jis būtų maždaug 1–2 m ilgio, priklausomai nuo ląstelės stadijos, kurioje yra ląstelė.

Kas yra histonai?

Labiau išsivysčiusiuose organizmuose histonai atsiranda ląstelių branduoliuose ir turi didelę teigiamai įkrautų aminorūgščių (ypač lizino ir arginino) dalį. Histonų baltymai yra suskirstyti į penkias pagrindines grupes - H1, H2A, H2B, H3 ir H4. Keturių grupių H2A, H2B, H3 ir H4 aminorūgščių sekos beveik nesiskiria tarp skirtingų gyvų būtybių, tuo tarpu H1, jungiančio histoną, skirtumų yra daugiau. Paukščių branduolio turinčiuose raudonuosiuose kraujo kūneliuose H1 netgi buvo visiškai pakeistas kita pagrindine histonų grupe, vadinama H5.

Didelis daugelio histonų baltymų sekų panašumas reiškia, kad daugumoje organizmų DNR „pakavimas“ vyksta tuo pačiu būdu, o susidariusi trimatė struktūra yra vienodai efektyvi histonų funkcijai. Evoliucijos metu histonų išsivystymas turėjo įvykti labai anksti ir būti išlaikytas dar prieš žinduolių ar žmonių atsiradimą.

Anatomija ir struktūra

Kai tik ląstelėje susidaro nauja DNR grandinė iš atskirų bazių (vadinamų nukleotidais), ji turi būti „supakuota“. Tuo tikslu histono baltymai dimerizuojasi, kurie vėliau sudaro du tetramerius. Galiausiai histono šerdį sudaro du tetramerai - histono oktameras, aplink kurį DNR grandinė įvynioja ir iš dalies prasiskverbia. Taigi histono oktameras yra susisukusios DNR grandinės trimatėje struktūroje.

Aštuoni histono baltymai su DNR aplink juos sudaro visą nukleosomos kompleksą. DNR plotas tarp dviejų nukleosomų yra vadinamas jungiančiąja DNR ir apima apie 20–80 nukleotidų. Linkerio DNR yra atsakinga už DNR „įleidimą“ ir „palikimą“ histono oktamerui. Taigi nukleosomą sudaro apytiksliai 146 nukleotidai, jungiančiojo DNR komponento ir aštuoni histono baltymai, kad 146 nukleotidai apvyniojami 1,65 karto aplink histono oktamerį.

Be to, kiekviena nukleosoma yra susieta su H1 molekule, taigi DNR įėjimo ir išėjimo taškus laiko kartu jungiantis histonas ir padidėja DNR kompaktiškumas. Nukleosomos skersmuo yra apie 10–30 nm. Daugelis nukleosomų sudaro chromatiną, ilgą DNR-histono grandinę, kuri po elektroniniu mikroskopu atrodo kaip perlų styga. Nukleosomos yra „perlai“, kuriuos supa ar sujungia į stygas panaši DNR.

Daugybė nehistoninių baltymų palaiko atskirų arba viso chromatino nukleozomų susidarymą, o tai galiausiai sudaro atskiras chromosomas, kai ląstelė turi dalintis. Chromosomos yra maksimalus chromatino suspaudimo tipas ir jas galima atpažinti atliekant šviesos mikroskopiją ląstelės branduolio dalijimosi metu.

Funkcija ir užduotys

Kaip minėta aukščiau, histonai yra pagrindiniai baltymai, turintys teigiamą krūvį, todėl jie sąveikauja su neigiamai įkrauta DNR per elektrostatinę trauką. DNR „apvynioja“ aplink histono oktamerius taip, kad DNR tampa kompaktiškesnė ir telpa į kiekvienos ląstelės branduolį. H1 funkcija yra suspausti aukštesnio lygio chromatino struktūrą ir dažniausiai užkerta kelią transkripcijai ir tokiu būdu transliacijai, t. Y. Šios DNR dalies transliacijai į baltymus per mRNR.

Priklausomai nuo to, ar ląstelė „ilsisi“ (tarpfaziškai), ar dalijasi, chromatinas yra mažiau ar stipriau kondensuotas, t.y., supakuotas. Tarpfazėje didelės chromatino porcijos yra mažiau kondensuotos, todėl jas galima perrašyti į mRNR, t.y. perskaityti ir vėliau paversti baltymais. Histonai reguliuoja atskirų genų aktyvumą šalia jų ir leidžia transkripciją bei sukurti mRNR grandines.

Kai ląstelė pradeda dalytis, DNR neperverčiama baltymais, o tolygiai paskirstoma tarp dviejų sukurtų dukterinių ląstelių. Todėl chromatinas yra stipriai kondensuotas ir papildomai stabilizuojamas histonų. Chromosomos tampa matomos ir gali būti paskirstytos naujai atsirandančioms ląstelėms pasitelkiant daugelį kitų nehistoninių baltymų.

Ligos

Histonai yra būtini kuriant naują gyvą būtybę. Jei dėl mutacijų histono genuose negali būti suformuotas vienas ar keli iš histono baltymų, šis organizmas nėra gyvybingas, o tolesnis vystymasis sustabdomas per anksti. Tai daugiausia lemia didelis histonų išsaugojimas seka.

Tačiau jau kurį laiką buvo žinoma, kad vaikams ir suaugusiesiems, sergantiems įvairiais piktybiniais smegenų augliais, mutacijos gali vykti įvairiuose naviko ląstelių histonuose. Histonų genų mutacijos buvo aprašytos ypač vadinamosiose gliomose. Šiems navikams taip pat buvo aptiktos pailgos chromosomos uodegos. Šios chromosomų galinės sekcijos, vadinamos telomerais, paprastai yra atsakingos už chromosomų ilgaamžiškumą. Atsižvelgiant į tai, atrodo, kad pailgi telomerai navikuose su histono mutacijomis suteikia šioms išsigimusioms ląstelėms pranašumą išgyvenant.

Tuo tarpu yra žinomos kitos vėžio rūšys, turinčios mutacijas įvairiuose histono genuose ir tokiu būdu gaminančios mutavusius histono baltymus, kurie neatlieka arba tik blogai vykdo savo reguliavimo užduotis. Šie atradimai šiuo metu naudojami kuriant ypač piktybinių ir agresyvių navikų terapijos formas.